基于组态的试验机温度监控系统_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于组态的试验机温度监控系统_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

测与显示炉内温度； 2． 具有自诊断实时检测功能，检测各通道是否正常，当发生故障时进行声音和视觉报警并显示故障点。 5 第 3 章 PLC 控制系统硬件设计 PLC 控制系统设计的基本原则 1．充分发挥 PLC 功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。 2．在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。 3．保证控制系统安全可靠。 4．应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择 PLC 的型号、 I／ O 点数和存储器容量等 内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。 PLC 控制系统设计的一般步骤 设计 PLC 应用系统时，首先是进行 PLC 应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。 然后是进行 PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出 PLC 控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量、 系统的规模、布局。 最后根据系统分析的结果，具体的确定 PLC的机型和系统的具体配置 [5]。 PLC 控制系统的设计步骤可参考图。 6 图 PLC 控制系统设计步骤 PLC 的选型与硬件配置 PLC 型号的选择 本项目的温度控制系统选择德国西门子公司的 S7200 型的 PLC。 它的硬件配置灵活，既可用一个独立的 S7200 CPU 构成一个简单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量 I/O 模块 ， 模拟量模块或智能接口模块的扩展 ，组成中等规模控制系统 [6]。 如图 所示 PLC 实物。 评估控制任务 PLC 机型的选择 控制柜设计及布线 程序设计 联机调试 PLC 安装 程序检查、调试 控制流程的设计 程序备 份 修改软、硬件 模拟运行 投入使用 是否满足要求 7 图 S7200 系列 PLC 实物图 S7200 CPU 的选择 S7200 系列的 PLC 有 CPU22 CPU22 CPU22 CPU226 、 CPU224XP 等类型。 为了能调用编程软件 STEP 7 里的 PID 模块，本项目选用 S7200 CPU226， CPU226集成了 24 点输入 /16 点输出，共有 40 个数字量输入输出端口。 可与 7个扩展模块相连，最大连接 248 点数字量或 35 点模拟量 I/O。 还有 13KB 程序和数据存储空间，6个独立的 30KHz 高速计数器， 2 路独立的 20KHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 配有 2 个 RS485 通讯口，具有 PPI， MPI 和自由方式通讯能力，波特率最高为 kbit/s， 适用于较 高要求的中小型控制系统 [7]。 EM231 模拟量输入模块 本项目传感器将检测到的温度转换成 0～ 41mv 的电压信号，系统需要配置模拟量，输入模块将电压信号转换成数字信号再转送至 PLC 中进行运算。 经考虑，最终选用了西门子 EM231 4TC 模拟量输入模块。 EM231 热电偶模块有一个方便的，隔离的接口，可适用七种热电偶类型：它也允许连接微小的模拟量信号，相同类型模块上的热电偶才 能连到一起，且最好使用含有屏蔽的热电偶传感器 [8]。 DIP 开关将EM231 模块进行组态：热电偶类型选择 SW1～ SW3， SW4 不使 用，断线检测方向使用SW5，是否进行断线检测选择了 SW6， 测量单位选择了 SW7，是否进行冷端补偿选择了 SW8。 本系统选用 K 型热电偶为温度检测元件，最终 DIP 开关 SW1～ SW8 组态为00100000； EM231 具体技术指标见表。 8 表 EM231 技术指标 型号 EM231 模拟量输入模块 总体 特性 外形尺寸： 80mm 62mm 功耗： 3W 输入 特性 本机输入： 4 路模拟量输入 电源电压：标准 DC 24V/4mA 输入类型： 0~10V， 0~5V，177。 5V,177。 ,0~20mA 分 辨率： 12 Bit 转换速度： 250μ S 隔离：有 耗电 从 CPU 的 DC 5V （ I/O 总线）耗电 10mA DIP 开关 SW1 0, SW2 0, SW3 1（以 K 型热电偶为例） 表 所示为使用 DIP 开关设置 EM231 模块使用方法，开关 2 和 3 可选择模拟量输入范围。 模拟量输入范围设置成相同的。 表中 ON 为导通， OFF 为截止。 表 EM231 选择模拟量输入范围的开关表 单极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 ON OFF ON 0 到 10V ON OFF 0 到 5V 0 到 20mv 5uA 双极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 OFF OFF ON 177。 5V ON OFF 177。 9 EM231 校准和配置位置图如图 所示 图 DIP 配置 EM231 热电式传感器 热电式传感器是一种将温度信号转化为电压信号的装置。 其中热电偶和热电阻是最常用于测量温度的装置，热电偶是将温度信号转换为电压信号 ， 热电阻是将温度信号转换为电阻信号。 这两种热电式传感器目前在工业生产 中已得到广泛使用。 本项目中应该用传感器将温度转换成电压，且炉子的温度不能超过 1000 度 ，所以我们选择了热电偶作为传感器。 国际标准热电偶有七种类型分别是 S、 B、 E、 K、R、 J、 T，在本系统中，我们选择 K型热电偶，其测温范围大约是 0～ 1000℃。 炉 内最高温度也到不到 1000℃，其成本也比较合理 [9]。 I/O 点分配及电气连接图 （ 1）该温度控制系统中输入输出点分配表如表 所示。 表 （ 2）系统整体设计方案 系统选用 PLC CPU226 为控制器， K 型热电偶将检测到的实际炉温转化为电势变化，经过 EM231 模拟量输入模块转换成数字信号并进行 PID 调节， PID 控制器输输入触点 功能说明 输出触点 功能说明 启动按钮 运行指示灯（绿） 停止按钮 停止指示灯（红） 固态继电器 10 出控制信号，控制固态继电器输出端 的导通与截止，从而控制炉体 加热的通断。 PLC和组态王连接，实现了系统的实时监控。 整个硬件连接图如图。 图 系统框架图 图 系统硬件连接图 PLC 控制器的设计 控制器的设计是基于模型控制设计过程中至关重要。 首先要以受控对象的数学模型和它的各特性以及设计要求，确定控制器的结构以及和受控对象的连接方案。 接下来依据所要求的性能指标选择控制器的参数值 [10]。 控制系统数学模型的建立 本温度控制控制系统结构图如图 所示，方框图如图 所示。 计算机 P L C EM231 模块 固态继电器 热电偶 试验机 11 图 控制系统结构图 图 控制系统方框图 PID 控制及参数整定 控制器的组成 PID 控制器由比例单元（ P）、积分单元（ I）和微分单元（ D）组成。 其数学表达式为： （ ） 错误 !未找到引用源。 (1) 比例系数 KC对系统性能的影 响： 比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小。 Ｋ c偏大，振荡次数加多，调节时间加长。 Ｋ c太大时，系统会趋于不稳定。 Ｋ c太小，又会使系统的动作缓慢。 Ｋ c 可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以控制对象的特性决定的。 如果Ｋ c的符号选择不当对象状态 (pv 值 )就会离控制目标的状态 (sv 值 )越来越远，如果出现这样的情况Ｋ c的符号就一定要取反。 错误 !未找到引用源。 (2) 积分控制 Ｔ i对系统性能的影响： 积分作用使系统的稳定性下降，Ｔ i 小（积分作用强 ）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。 PLC 控制器 固态继电器 电炉 温度模块 热电偶    dta e ( t)Tde ( t ) d tTie ( t )KcU ( t) t01 12 错误 !未找到引用源。 (3) 微分控制Ｔ d对系统性能的影响： 微分作用可以改善动态特性，Ｔ d 偏大时，超调量较大，调节时间较短。 Ｔ d偏小时，超调量也较大，调节时间也较长。 只有Ｔ d合适，才能使超调量较小，减短调节时间。 至此温度控制系统就已经完成。 在系统运行之前，还需要进行控制器。